[发明专利]大型浅水湖泊翌年蓝藻水华首次发生水域预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大型浅水湖泊蓝藻水华早期预测方法，特别是涉及一种大型浅水湖泊翌年蓝藻水华首次发生水域的预测方法，具体是通过色素分析、藻类光合作用及活性分析、有效风场分析等，结合模型预测，对翌年蓝藻水华最初发生水域进行早期预测。

背景技术

由于湖泊富营养化问题难以在短期内得到根本解决，在相当长一段时间内，很难杜绝湖泊等水体每年蓝藻水华的发生，因此在削减湖泊营养盐，从根本上阻断蓝藻水华生长的营养物质来源的同时，发展蓝藻水华预测技术，将有助于减少蓝藻水华带来的生态危害和健康风险。

国内外的研究主要针对已经形成的蓝藻水华进行短时间尺度预警预测，分析藻类水华形成与气象水文条件、营养盐水平的关系。例如，欧盟1999 年开展了蓝藻水华的检测、监测和预报的研究, 发展了通过遥感技术对藻华发生预测的途径。日本通过人工神经网络发现叶绿素a的浓度可以表征藻类的总生物量，并可以对藻类水华进行预测。美国海洋与气象局开发了赤潮短期预测系统，监测和预报墨西哥湾的赤潮，在有赤潮的季节每周预报2 次。在我国，中科院南京地理与湖泊研究所于2007开始在太湖夏季水华形成时期进行水华短期预测及发布，每半周预测未来3天内太湖重要水源地及大太湖叶绿素浓度的分布格局。

然而，目前对于较长时间尺度上预测来年水华形成趋势的研究还未有相关报道。长时间尺度预测需要考虑越冬期的种源分布格局、复苏期藻类的生长、迁徙等一系列过程，对天气预报的要求也更高，涉及到的问题比短期预测更为复杂。然而，长时间尺度预测将会有助于提高环境管理部门的决策能力，提高湖泊治理中的技术与工程措施的针对性和科学性。因此，在湖泊生态灾害防治体系中，有必要引入新的和更有效的检测与分析方法，建立一套科学的蓝藻水华早期预测方法。

发明内容

本发明提供一种大型浅水湖泊翌年蓝藻水华首次发生水域的预测方法，运用生物学、生态学检测方法，结合气象、遥感相关技术，尽可能真实地对蓝藻越冬复苏的整个生态格局进行全方位的监测，并通过蓝藻生长、迁移规律，预测来年蓝藻水华最初的发生地点。

简言之，本发明以色素分析、藻类光合作用及活性分析、有效风场分析等为基础，分析蓝藻生长、迁移及水华形成的驱动因素，从而对蓝藻越冬复苏的生态格局变化规律进行评估；结合生态动力学预测模型，对蓝藻水华翌年首次发生水域进行早期预测。

本发明的上述目的是这样实现的：

一种大型浅水湖泊翌年蓝藻水华首次发生水域的预测方法，其特征在于：基于水体面积和特征设定监测点对水体和底泥取样；利用色素分析表征蓝藻的时空分布，利用细胞光合作用活性、酯酶活性表征各湖区蓝藻活性；采集湖区气象数据，确定有效风场；建立生态动力学模型对蓝藻水华翌年首次发生水域进行预测。

本发明所述的预测方法，包括以下步骤：

1) 基于水体面积和特征设定监测点，在监测期内在各监测点分别对水体和底泥取样；

每年冬春的10月至次年4月进行全水域采样，每月至少一次。泥样切取最上层2cm左右厚度的表层底泥移至密封袋中。水样采集整水柱，混匀，并即时测定各项水质参数。在每个采样点采集三份平行样品。

2）测定水体和底泥中的藻蓝素含量，利用色素分析表征蓝藻越冬复苏的时空分布格局；

藻蓝素的测定可采用分光光度法进行测定。在藻蓝素含量测定前，先对样品进行处理，样品处理方法为：

水样的处理：量取100ml水样滤纸抽滤。将滤纸剪碎加入0.05 M pH7.0 Tris缓冲液研磨，于4℃下黑暗中静置提取8-10h。样品离心并将上清转移至容量瓶中。最后定容测定藻蓝素含量。

底泥样品的处理：称取一定量解冻后的底泥样品，计算含水率。称取5g左右研磨好的样品放入研钵中，加入0.05 M pH 7.0 Tris缓冲液研磨，于4℃黑暗条件下静置8-10h。样品离心并将上清液用90%丙酮定容至10mL。此待测液用于测定藻蓝素含量。

通过荧光分光光度计测定样品荧光强度，以荧光强度对藻蓝素浓度作出工作曲线，再根据底泥样品重量或水样体积计算出最终含量。

根据水体和底泥中藻蓝素含量，可以确定不同水域在不同时期水体和底泥中蓝藻的生物量，反映蓝藻的时空分布格局。从下文的描述中可知，在生态动力学模型中，藻蓝素含量可作为种源量带入预测模型。

3）测定水体中藻细胞的光合活性和酯酶活性，表征蓝藻复苏过程的时间序列，结合种源量对蓝藻的原位生长量进行修正；